仲伟国，徐贵学，王有刚，赵一凡，李国霞，张宝贞，董元夫，荀守华*

（1.山东省林业科学研究院，山东济南250014；2.临沂优优木业股份有限公司，山东费县273400；3.山东万智教育集团，山东济南250100；4.费县国有大青山林场，山东费县273402）

我国森林资源短缺，森林蓄积量和生长量较低。我国又是木材消费大国，木材消耗量逐年增加，木材对外依存度超过50%[1]。培育速生优质用材林良种，提高人工林生产力，增加木材供应，可有效缓解我国木材短缺问题。

刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）是地球上温带地区栽培广泛的速生阔叶树种，木材属中等密度，软硬适中，加工性能好；顺纹抗压力强，断裂时会发出警戒响声；在潮湿条件下较长时间不腐朽；耐火性强，燃烧热值高；是重要的建筑、矿柱、农具、造船、木地板等用材[2-3]。但是刺槐木材存在干燥易开裂、翘曲等缺陷，致使干燥合格率较低，影响了刺槐木材加工利用效益[4]。人造胶合板具有性能稳定、不易变形的特性，将刺槐原木旋切单板多层胶合制作胶合板，能改善刺槐木材翘裂缺陷，提高木材利用性能。迄今有关刺槐胶合板相关物理力学性能的研究报道较少，为此，本试验选用刺槐用材林新品种‘多彩青山’、‘壮美青山’、‘绿满青山’和优良无性系‘鲁刺10’原木制作普通胶合板，检测其密度、含水率、胶合强度、静曲强度、弹性模量等性能，并与欧美杨107 杨（授权新品种名称为‘尼娃’）和桉树木材胶合板进行比较，为刺槐胶合板合理开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为山东省林业科学研究院和费县国有大青山林场选育的刺槐用材林新品种‘多彩青山’‘壮美青山’‘绿满青山’和刺槐优良无性系‘鲁刺10’8年生试验林立木，平均胸径15 cm～18 cm，平均树高10 m～12 m；产地为费县国有大青山林场，2017年9月采伐。以产自山东临沂的欧美杨107 杨小径材和产自广西的桉树小径材作为对照。见表1。

表1 试验材料相关信息

1.2 胶合板制作工艺和方法

将原木各段统一截成长度1.2 m 的木段，上单板旋切机旋切成厚度1.5 mm 的单板，经过干燥处理后加工制成7 层胶合板。胶黏剂为酚醛胶，涂胶量为180 g·m-2，板材的制备尺寸为500 mm×500 mm。热压工艺参数：时间1000 s+500 s，温度125 ℃，一段13 kg·cm-2，二段7 kg·cm-2。制作工艺流程是：单板整理→涂胶→组坯→预压→热压→砂光→裁边。

1.3 原木物理性质测定

在刺槐各品种伐倒木树干高度的基部、胸高(1.3 m)、1/3、1/2、3/4 处截5 cm 厚圆盘各1 个，对各部位圆盘截取5 个试样（试样尺寸20 mm×20 mm×20 mm），称重、干燥，记录鲜、干质量。原木含水率按照国家标准GB/T1931-2009《木材含水率测定方法》进行测定。原木基本密度和气干密度按照GB/T1933-2009《木材密度测定方法》进行测定。各品种树干各部位基本密度和气干密度取5 个试样的平均值，用胸高段位的基本密度和气干密度代表该品种的基本密度和气干密度进行比较分析。

1.4 胶合板性能检测

刺槐品种及对照胶合板物理力学性能检测依据GB/T9846-2015《普通胶合板》、GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》；胶合板浸渍剥离测定依据GB/T18103-2013《实木复合地板》。测试指标包括甲醛（mg·L-1）、耐热长度变化率、耐热宽度变化率、胶合强度、一类浸渍剥离、二类浸渍剥离、横向静曲强度、横向弹性模量、密度、含水率等。每种试材测试6 片，即每个指标重复测试6次，取算术平均值。

2 结果与分析

2.1 刺槐品种木材物理性质及差异

2.1.1 刺槐品种木材密度及差异

4 个刺槐品种木材基本密度介于0.58 g·cm-3～0.67 g·cm-3之间，为中等密度木材[5]。同一品种树干不同部位基本密度有差异，总体趋势在树干1/2 高度基本密度达到最高值，基部次之，至3/4 部位密度最低，胸高部位密度居中。树干各部位基本密度由高至低排序为1/2 处＞基部＞胸高＞1/3 处＞3/4 处。以‘多彩青山’为例，树干各部位基本密度值为0.71 g·cm-3＞0.68 g·cm-3＞0.67 g·cm-3＞0.66 g·cm-3＞0.65 g·cm-3。不同刺槐品种其基本密度有差异，‘多彩青山’和‘壮美青山’均大于‘鲁刺10’，‘绿满青山’低于‘鲁刺10’（见图1）。

图1 刺槐品种木材不同部位基本密度

刺槐各品种木材气干密度在0.67 g·cm-3～0.79 g·cm-3范围内，树干高度不同位置气干密度有差异，且不同品种表现趋势有差异。‘多彩青山’和‘壮美青山’在树干1/2 高度气干密度达到最高值，胸高部位次之，3/4 部位最低；‘绿满青山’和‘鲁刺10’树干基部气干密度最高，随树干高度增加气干密度呈降低趋势（见表2）。

表2 刺槐品种不同树干高度气干密度测定数据表

2.1.2 刺槐品种木材含水率和体积干缩系数及差异

刺槐各品种木材含水率随树干高度增加而减少，基部含水率最高，至树梢3/4 部位含水率最低，胸高部位含水率介于38%～53%之间，各品种由高至低排序为‘壮美青山’＞‘绿满青山’＞‘多彩青山’＞‘鲁刺10’。体积干缩系数在0.33%～0.44%范围内，不同品种有差异，‘多彩青山’和‘鲁刺10’较高，‘壮美青山’较低；同一品种在树干高度不同位置体积干缩系数有差异，规律趋于1/2 ＞胸高＞基部＞1/3＞3/4(见表3)。

2.2 刺槐品种木材胶合板物理性能及差异比较

刺槐各品种、107 杨和桉树木材胶合板物理性能测定结果（见表4）表明，4 个刺槐品种胶合板密度为0.92g·cm-3、0.91 g·cm-3、0.83 g·cm-3和0.83g·cm-3，分别比原木密度提高了37.3%、46.77%、43.1%和36.1%，达到高密度木材要求。107 杨胶合板密度为0.62g·cm-3，桉树胶合板密度为0.70g·cm-3，均达到中密度木材要求。

4 个刺槐品种胶合板密度有差异且均超过对照107 杨、桉树胶合板密度。‘多彩青山’分别超过对照48.4%、31.4%，‘壮美青山’分别超过对照46.8%、30%，‘绿满青山’和‘鲁刺10’胶合板密度相同分别超过对照33.9%、18.6%。4 个刺槐品种和107 杨、桉树胶合板密度由大至小排序为‘多彩青山’＞‘壮美青山’＞‘绿满青山’/‘鲁刺10’＞ 桉树＞107 杨。

4 个刺槐品种胶合板含水率分别为为8.4%、10.7%、8.1%、9.5%，107 杨、桉树胶合板含水率分别为7.7%、9.0%，均符合国家标准。由原木制作胶合板后木材含水率显著降低，‘多彩青山’胶合板含水率比其原木降低了77.9%，‘壮美青山’胶合板含水率比其原木降低了79.8%，‘绿满青山’胶合板含水率比其原木降低了83.8%，‘鲁刺10’胶合板含水率比其原木降低了76.3%。

2.3 刺槐品种木材胶合板力学性能及差异比较

胶合强度是胶黏剂与木材单板界面发生破坏所需的应力，反应了单板的胶合能力，胶合强度值越大，其胶合能力越大。由表4 可知，刺槐品种的胶合强度分别为3.45 MPa、2.97 MPa、2.85 MPa、3.01 MPa，均高于对照107 杨的1.94 MPa，桉树的1.56 MPa，‘多彩青山’胶合强度比107 和桉树分别提高了77.83%和121.15%。刺槐品种木材胶合强度显著大于107 杨和桉树，说明刺槐木材更适宜制作胶合板。

表3 刺槐品种木材含水率和体积干缩系数测定数据表

静曲强度（MOR）是胶合板在受力弯曲到断裂时所能承受的压力强度。从表4 看出，4 个刺槐品种‘多彩青山’、‘壮美青山’、‘绿满青山’、‘鲁刺10’胶合板横向静曲强度分别为85 MPa 、105 MPa 、96 MPa 和105 MPa，4 个品种的MOR 值均低于107 杨的107 MPa，均高于桉树的67 MPa。不同种类木材胶合板横向静曲强度大小排序为107 杨＞‘壮美青山’＞‘鲁刺10’＞‘绿满青山’＞‘多彩青山’＞桉树。

表4 刺槐品种、欧美杨、桉树木材胶合板物理力学性能检测表

弹性模量（MOE）是衡量胶合板产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大。刺槐品种‘多彩青山’的MOE 值为9055 MPa，‘壮美青山’为9292 MPa，‘绿满青山’为11041 MPa，‘鲁刺10’为7831 MPa。其中，只有‘绿满青山’的MOE 值高于107 杨的MOE 值10831 MPa，只有‘鲁刺10’的MOE 值低于桉树的8679 MPa。不同种类木材胶合板横向弹性模量大小排序为‘绿满青山’＞107 杨＞‘壮美青山’＞‘多彩青山’＞桉树＞‘鲁刺10’。

3 结论与讨论

木材密度是木材材性的重要指标，对木材强度、性能和加工产品质量有直接影响。刺槐品种木材属中密度木材，本试验4 个刺槐品种木材基本密度介于0.58 g·cm3～0.67 g·cm3之间，经过多层单板胶和后其密度显著提高，胶合板密度介于0.83 g·cm3～0.92g·cm3之间，分别比原木密度提高了37.3%、46.77%、43.1%和36.1%，且4 个刺槐品种胶合板密度均超过对照107 杨和桉树胶合板密度，达到高密度板材要求。

4 个刺槐品种的静曲强度介于85 MPa～105 MPa，大于桉树的静曲强度67 MPa，低于107 杨静曲强度107 MPa。弹性模量介于7831 MPa～11041 MPa，只有‘鲁刺10’的MOE 值低于桉树的8679 Mpa，只有‘绿满青山’MOE 值高于107 杨弹性模量10831 MPa，说明刺槐品种的力学性能有提升空间，选育速生性和力学性能兼优的品种可作为育种新目标。4 个刺槐品种木材的胶合强度介于2.85 MPa～3.45 MPa 之间，均高于107 杨和桉树胶合强度，说明刺槐木材更适宜制作胶合板。

木材密度表示木材细胞壁物质的多少，阔叶树木材结构及其细胞种类比较复杂，木材密度变化较大。孙恒等对人工林刺槐物理力学性质的研究结果，刺槐木材的气干密度、全干密度、基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量均随树龄的增大而增加[6]。鲍甫成等研究了22年生中林三北一号杨和26年生柠檬桉的木材密度[7]，吴世军、罗浩等研究了杂种桉树、四川蓝桉木材密度[8-9]，其结果为杨树幼龄材基本密度平均为0.328 g·cm-3，成熟材基本密度平均为0.333g·cm-3，桉树幼龄材基本密度平均为0.626 g·cm-3，成熟材基本密度平均为0.728g·cm-3。本试验材料刺槐品种、107 杨和桉树均为幼龄材，原木和胶合板密度测定数据仅表示这些树种品种幼龄材的密度，其成熟材密度有何变化有待进一步测试研究。

张亚梅等利用刺槐和桉树木材试制高密度重组木，结果表明，2 种木材均适合制备高密度重组木；当密度为1.10 g·cm-3时，2 种木材重组木的力学性能是其木材的1.5～2.0 倍，且刺槐重组木的MOR、MOE 力学性能与耐水性能优于桉树[10]。本试验刺槐品种胶合板横向静曲强度和弹性模量均大于桉树，由此得出刺槐品种胶合板的承重和刚度性能优于桉树，具有更广泛的用途。